黑洞是目前人类在宇宙中发现的最神奇,最神秘的一种天体,最早提出存在黑洞这种天体是通过爱因斯坦的广义相对论计算出来的,直到2019年4月,人们才在狭义上通过视界望远镜拍摄到了黑洞的图片,从而确切的证明了黑洞的存在。

对于黑洞,我们印象最深刻的就是其引力很大,在其视界内,就连光逃不出它的引力,它能够撕裂一切靠近它的物质。
那么这就产生了一个有趣的问题,宇宙中的黑洞吞噬掉的星球,都去哪了?
在黑洞周围(即事件视界)其实是空空如也的,因此可以说黑洞的胃口是无限的,它会无休止地吞噬到所捕获到的任何物质。
那么黑洞为什么会有吞噬能力呢?根据牛顿的万有引力定律可以得到质量和引力有关,并且引力与天体的质量是成正比的,也就是说恒星的质量越大,其引力也就越大。
众所周知,黑洞的质量是非常大的,那么其引力也是非常大的,大到你无法想象。
经过科学家们的研究发现,无论是第一宇宙速度还是第二宇宙速度都与天体自身的质量有关,换句话来说,其物体的质量越大,那么它所需的速度就越大,因此我们可以说黑洞所需要的速度比第二宇宙速度还要高,甚至还要高于光速,这也就会使得任何低于或者等于光速的东西都会被黑洞吸进去,无法逃逸。
根据爱因斯坦狭义相对论的“光速不变原理”的假设,我们可以推断出任何物质、信息、能量都无法超越光速,因此我们可以认为,在已知的所有物质都会被黑洞所吞噬,但牛顿的万有引力定律只适用于弱引力场,因此在强引力场中误差会比较大,这时爱因斯坦的广义相对论就可以对这作出解释,爱因斯坦认为引力的本质是时空的弯曲,而地球之所以能够绕着太阳转,也是因为太阳压弯了周围的时空,才得以地球沿着时空的测地线运动。
并且惠勒也曾经说到,时空告诉物质如何运动, 物质告诉时空如何弯曲,所以,如果说太阳能够使得时空弯曲,那么黑洞也可以,不同的是黑洞对时空的弯曲程度是十分剧烈的,甚至在它周围的物质如果沿着测地线运动都会掉落到黑洞当中,当然,光也会不例外。

因此我们可以说,迄今为止,我们人类已经探明的物质都没有办法逃离黑洞,可以说是无一例外,这都是因为黑洞巨大的引力所造成的。
黑洞拥有着可怕的引力,每一个在其周围的恒星都难逃被吞噬的命运,但只要在安全距离以内。
科学家们对黑洞的吞噬也一直在进行一定的研究,那么黑洞是如何对周围东西进行吞噬的呢?
黑洞是如何对周围东西进行吞噬的?由于有大量的物质集中在黑洞那极小的体积中,导致它们塌陷成奇点,也让其周围环绕着任何物质都无法逃脱,如果有物质离黑洞太近,那么黑洞的力量就会将其撕裂。
而黑洞是由于一个大质量的恒星变成超新星后,在中心核心内爆炸形成,并且如果有任何物质位于黑洞的事件视界内,即使它以极限宇宙速度极限移动,也是无法逃脱的,一旦越过临界点形成一个黑洞,事件视界内的所有东西都会收缩成一个奇点。
对于黑洞外的物体来说,由于黑洞的质量非常大,因此当物质接近黑洞的时候,就会感受它巨大的潮汐力,对于潮汐力相信大家都有一定的了解,如果地球部分地区离月球近,那么这片区域将会受到比较大的引力,因此越接近黑洞,引力就越强,潮汐力撕开组织的力量也就越强,因此潮汐力量和黑洞周围已经存在的物质的结合可以将外部物体撕裂,一小部分被撕开的粒子将经历足够的阻力,被引入吸积盘并最终进入黑洞本身。
就拿发生在距离我们18亿光年以外的星空中的一场“黑洞进食”来说,这场观测最早是从2005年开始的,其实人类之前是从未有过如此好的机会,可以观察到这一天文奇观。
这场观测发现,当“潮汐瓦解”这一过程发生的时候,一颗完整的恒星被撕得稀碎,变成了一段弧形的长条状形态,然后慢慢进入到黑洞内部。

黑洞本身并不发光,也无法反射光线,但是它的超级引力会将撕裂出来的恒星物质进行压缩和加热,从而释放出耀眼的光芒,形成一个类星体,而这样的类星体发出的光短暂而明亮,随着时间的推移,X射线频段的亮度会慢慢的减弱,直到最后所有的光芒消失。
一般来说,任何东西吸收掉其他物质都会壮大自身的体积,就比如我们人吃多了肚子会大起来,但黑洞却是一个例外,黑洞吸收掉其他物质之后却没有任何变化,那么被黑洞吞噬掉的东西去哪里了呢?
被黑洞吞噬掉的东西去哪里了?事实上依我们目前的科技能力,对于黑洞我们只能观察到它吞噬天体的过程,撕裂粉碎成粒子,然后吸收,但是对于去向确实一无所知。
而目前科学界对于黑洞吞噬掉的东西去向主要有两种猜测:一种说法是黑洞自身消耗了吸收的粒子,转而消耗变成热辐射发射散去。
而另一种就是所谓白洞理论,是异世界异空间学说,这种说法认为黑洞作为导体,负责吸收,而能量会随之从白洞散发,这样黑洞白洞作为一体而言那就可以解释的通。
黑洞其实算是一种天体,而其吞噬就是将一切物质吸到附近然后进行粉碎,所以说成为黑洞的一部分这个说法应该不成立,但吸收应该是壮大体积,而黑洞却是渐渐在消失,因此黑洞应该不是独立的宇宙系统。
大胆的说,它应该是可以将一切吸收到的能量进行转换然后发散到宇宙中,形成我们所认为的热辐射。
所谓的白洞理论其实只是一种猜测,现在没有任何科学依据可以让这个理论站得住脚,只是说人们对于时空的期待和幻想导致了这一大胆的猜测。
既然如此,为什么不干脆用火箭把核废料送上太空,直接扔进太阳里烧掉呢? 这个设想看似简单直接,但仔细分析就会发现问题重重。
首先,把核废料装上火箭本身就极其危险。
火箭在发射过程中偶尔会发生爆炸事故,一旦装载核废料的火箭在升空时爆炸,就会瞬间变成一枚威力巨大的"脏弹",把放射性物质散布到广阔区域,后果不堪设想。
不过,除了发射风险之外,还有一个更为根本的原因——想要真正把物体送进太阳,其实非常非常困难。
乍看上去,飞向太阳应当是件容易的事,毕竟太阳的引力一直在把万物往它那里拉。
然而事实并非如此。
地球以及地球上的一切物体,都在以极高的速度绕着太阳做侧向运动。
当我们朝太阳"下落"的同时,也在以惊人的横向速度从它旁边掠过,结果就是一次次与太阳擦肩而过。
要想真正撞进太阳,就必须把这种侧向速度降下来,让飞行器不再横着飞。
而且这种减速必须彻底——只要还残留哪怕一点点侧向速度,飞行器就会与太阳失之交臂,绕着它兜一圈甩出去,而不是一头栽进去。
那么,需要把速度降低多少呢? 地球连同地球上的一切,都在以大约每秒30公里的速度围绕太阳运行。
这意味着,要让飞行器停止绕日运动、直接坠入太阳,就必须让它相对于地球以每秒30公里的速度向后加速,才能抵消这份公转速度,实现"太阳跳水"。
而且必须减到几乎为零,一点都不能剩。
每秒30公里究竟有多快?做个对比就一目了然。
从地球轨道出发,只需要比地球再快约每秒11公里,就足以彻底摆脱太阳的引力束缚,飞出整个太阳系。
换言之,把飞行器送出太阳系,比让它撞进太阳还要容易得多。
这一点值得再重复一遍:从能量消耗的角度看,前往其他恒星所需要的加速度,竟然比抵达身边这颗太阳还要小。
听起来匪夷所思,但事实确实如此。
而事情还可以变得更加违反直觉。
由于天体引力的强弱与距离密切相关,物体离太阳越近,所在轨道就越小,绕太阳的公转速度也就越快。
以太阳系的行星为例,水星绕太阳一圈的速度大约是地球的一点五倍,而遥远的冥王星速度只有地球的六分之一。
这就带来一个有趣的推论:从水星出发反而比从地球出发更难撞进太阳,尽管水星离太阳近得多。
原因在于,要在水星轨道上停下来,飞行器需要以每秒48公里的速度向后加速,比在地球轨道上所需的每秒30公里还要大得多。
相反,从冥王星轨道出发反而轻松得多——只需要以每秒5公里的速度反向加速,就足以让飞行器摆脱缓慢的公转速度,径直坠入太阳。
正因为如此,如果单纯依靠火箭动力来完成撞日任务,最高效的做法反倒是先把飞行器送到外太阳系去。
因为在外太阳系公转速度大幅降低,随后再进行第二次点火,抵消掉那微弱的横向速度,飞行器就能沿着近乎笔直的路径直接落向太阳。
这也正是美国国家航空航天局早期在规划太阳探测任务时,之所以曾提出让探测器先飞往木星轨道的原因——绕道外太阳系反而更容易减速、更容易接近太阳。
不过,任务规划人员最终并未采用这一方案,而是选择让探测器多次借助金星的引力弹弓效应逐步减速,从而节省宝贵的燃料,一步步靠近太阳。
至于引力弹弓具体是如何运作的,那就是一个值得单独展开的话题。
它是人类发射太空探测器时经常会使用到的一种加速方式,简单来讲,这种方式能够利用行星的引力把探测器"甩"出去,从而为探测器提供额外的速度。
借助这一手段,探测任务所需要的燃料和飞行时间都能被大幅压缩,因此几乎成了深空探测的标配技术。
不过,如果对这个过程稍作推敲,就会发现它并不像"绕一圈就加速"那样简单。
在多数人的印象中,引力弹弓的画面大致是这样的:探测器首先朝着某颗行星飞近,然后被行星的引力抓住、绕着它转上一圈,等到被甩出来的时候,速度就比进入时更快了。
听起来顺理成章,可只要多想一步,就会隐隐觉得有点不对劲。
问题的关键在于能量守恒。
当探测器靠近行星时,行星的引力做正功,探测器会被加速;可当它绕过近拱点、再从行星旁边远离时,同一份引力又会做负功,把刚刚获得的动能重新拉回去。
一进一出、加加减减,探测器相对于行星的速度理应回到原点,怎么会平白多出一截呢? 真正让这个"魔术"成立的,是参考系的切换。
相对于行星本身,探测器的速率进出确实几乎不变,弹弓过程只改变了它的飞行方向;但相对于太阳来说,行星本身也在高速公转,探测器借用的其实是行星绕日运动的那份动能。
行星在把探测器"甩"出去的同时,自身的公转速度会被极其微弱地拖慢一点,只不过行星的质量远远大于探测器,这份损失小到根本无法察觉。
所以,引力弹弓从来没有违反能量守恒定律,它只是把行星公转的动能借了一小勺给探测器。
理解了这一点,再回头看撞日任务为何要反复利用金星减速,也就顺理成章了——同样是引力弹弓,一次次借用行星的动量,就能把公转速度这道最难迈过去的坎,一点点悄悄磨掉。
说实话,我自己上学那会儿物理就没学明白,时间、空间、引力这些概念,脑子里只剩一团浆糊。
想给孩子讲几句吧,又怕讲错了、误人子弟;不讲吧,又不想打击孩子的好奇心。
尤其现在孩子上了小学中高年级,对科学的好奇心正是最旺盛的时候。
每天追着问"为什么",那股劲儿其实特别珍贵。
可咱们当家长的,确实不是万能的百科全书,很多科普知识自己都搞不清楚,更别说用孩子能听懂的话讲出来了。
我一开始也想给孩子买书,结果在书店翻了半天,越翻越没底。
那些宇宙科普书,要么是密密麻麻的专业术语,孩子翻两页就没了兴趣;要么图倒是漂亮,讲得却浮于表面,读完啥也没记住。
后来一个当老师的朋友给我推荐了一本《跟着霍金看宇宙》,我拿到手自己先翻了一遍,还真被惊艳到了。
这本书最大的好处,就是它真的站在孩子的认知水平上去讲宇宙,一点不端着。
先说它怎么讲黑洞。
书里没有上来就甩一堆公式,而是从霍金爷爷是怎么发现黑洞、怎么理解黑洞讲起,用特别形象的比喻,让孩子能"看见"黑洞在做什么。
我家孩子看完竟然主动跟我讲"黑洞就像宇宙里的贪吃怪",虽然不太准确,但那股理解和记忆的劲儿,可比死记硬背强太多了。
再说时间旅行这个更抽象的话题。
很多成年人一听都觉得玄乎,但这本书把它讲得特别接地气。
孩子看完恍然大悟,还跟我说"原来时间也会被引力拉慢呀"。
这种孩子能亲口讲出来的理解,正是我最看重的。
我觉得这本书特别适合几类孩子。
一种是那种天生爱问"为什么"、对天文特别感兴趣的孩子,能给他们一个很扎实的入门;另一种是平时不太爱看书、觉得科学枯燥的孩子,这本书的讲述方式能让他们重新觉得"原来科学这么有意思";还有一种就是咱们这些想陪孩子一起读、却自己也不太懂的家长,带着孩子一起看,正好补补课,还能顺便聊聊天。
书里的插图也很用心,结构清晰,读起来完全不费劲。
我家孩子现在每天睡前都要主动翻几页,还经常跑来给我"讲课"。
这种亲子共读的时光,可比看平板刷手机有意义多了。
而且这本书的定价也很实在,几十块钱就能给孩子打开一扇望向宇宙的窗,让孩子知道霍金爷爷那些听起来高深的理论,其实离我们并不遥远。
如果你也在为孩子选一本靠谱的宇宙科普入门书,或者发愁怎么跟孩子聊"时间""空间""黑洞"这些话题,我真的挺推荐这一本的。
能让孩子主动读、读得懂、还愿意开口讲的科普书,说实话真不多见。
趁着孩子对宇宙的好奇心正热乎,早一点给他一本合适的读物,早点点燃那颗探索的小火苗,说不定就种下了他未来仰望星空的种子呢。
这本书我自己翻过一遍,之所以敢放心推荐,还有一个很重要的原因——它讲科学,却不只是把知识倒给孩子,而是带着一种"陪孩子一起好奇"的温度。
霍金爷爷那套关于宇宙的想法,在书里被讲得既严谨又好懂,孩子读着不觉得吃力,家长陪着读也不觉得枯燥。
很多家长会纠结,孩子这么小,看这种书是不是太早了?其实恰恰相反,越早接触,越能在孩子心里种下对科学的好感。
等将来上了中学真正学物理的时候,孩子想起小时候读过的这本书,那些抽象的概念就会变得亲切起来,学起来也更省力。
如果要说一点小小的不足,那就是这本书需要家长稍微陪读几页,帮孩子把节奏带起来。
不过一旦孩子自己入了迷,后面你就会发现他根本停不下来了,天天追着你讨论外星人存不存在、宇宙有没有尽头。
总的来说,一本能让孩子主动去翻、读得懂又愿意开口讲的宇宙科普书,真的很难得。
如果你也想让孩子在这个好奇心爆棚的年纪,接触一点真正有意思、也有营养的知识,这本《跟着霍金看宇宙》是个非常不错的开始。
趁孩子这份好奇心还在,早一点把这本书带回家,说不定哪一天,他抬起头看星空的眼神,就不一样了。